生物相關(guān)配體鈣（Ⅱ）配合物的藥理活性研究進(jìn)展

劉延成，陳振鋒，梁宏

（廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院 省部共建藥用資源化學(xué)與藥物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

鈣元素在地殼中的含量?jī)H次于氧、硅、鋁、鐵。同時(shí)，鈣也是人體及高級(jí)生物體必需的常量元素之一，其以+2價(jià)鈣離子（Ca2+）的形態(tài)在運(yùn)動(dòng)、生殖、免疫、神經(jīng)活動(dòng)等一系列重要生命活動(dòng)中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用：如作為神經(jīng)遞質(zhì)，通過(guò)神經(jīng)元控釋的方式參與肌肉收縮的過(guò)程；同時(shí)也是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞增殖、遷移和死亡的第二信使分子[1-2]。此外，Ca2+還在骨骼生成、血液凝結(jié)等生理過(guò)程以及惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展等病理過(guò)程中扮演著重要角色[3-5]。

另一方面，Ca2+也會(huì)表現(xiàn)出一定的細(xì)胞毒性，這取決于Ca2+所具體參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及與之相作用的內(nèi)源性/外源性化學(xué)物質(zhì)[6]。大量實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明：Ca2+確實(shí)在細(xì)胞凋亡途徑中扮演關(guān)鍵角色，許多毒性外源性化學(xué)物質(zhì)尤其會(huì)針對(duì)Ca2+參與或介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并改變它們，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。具體的凋亡途徑可分為2種：一種途徑涉及Ca2+介導(dǎo)的配體表達(dá)，進(jìn)而通過(guò)鍵合作用激活死亡受體[如CD95（也稱(chēng)Fas，即APO-1）]，引起細(xì)胞凋亡；另一種途徑則表現(xiàn)為Ca2+直接的毒性作用，主要靶向細(xì)胞線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。其中，線粒體對(duì)Ca2+凋亡信號(hào)的反應(yīng)一般為選擇性釋放細(xì)胞色素C或使胞內(nèi)活性氧（ROS）水平升高，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體內(nèi)膜孔開(kāi)放引起凋亡；而針對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)引起的Ca2+通道開(kāi)放和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激更是直接與外源性刺激相關(guān)。相反，在某些條件下，Ca2+信號(hào)則具有細(xì)胞保護(hù)和拮抗凋亡的作用機(jī)制，表現(xiàn)出Ca2+在細(xì)胞生化功能中的復(fù)雜性。由此可見(jiàn)，Ca2+在細(xì)胞生物學(xué)中所扮演的重要角色的確十分復(fù)雜，涉及眾多靶點(diǎn)和通路，但Ca2+生理作用的發(fā)揮離不開(kāi)與Ca2+發(fā)生潛在配位作用的內(nèi)源性/外源性分子以及由此引起的通路調(diào)控變化，因此深入探討和闡明Ca2+的配位化學(xué)具有重要意義。

在傳統(tǒng)的金屬配合物研究領(lǐng)域中，鈣（Ⅱ）配合物的研究與過(guò)渡金屬配合物相比明顯偏少，有關(guān)鈣（Ⅱ）配合物的綜述也很匱乏[7]。其原因可能與如下因素有關(guān)：1）鈣（Ⅱ）因其飽和電子結(jié)構(gòu)和硬酸的特點(diǎn)而傾向于形成離子型配位鍵為主的配合物，故其配位能力弱于一般過(guò)渡金屬元素；2）鈣（Ⅱ）配合物的溶液穩(wěn)定性亦弱于其他過(guò)渡金屬配合物，因此更難于表征和確定相應(yīng)配合物的溶液化學(xué)性質(zhì)及配位方式等[8]；3）Ca2+在生物體中作為常量元素而普遍存在，生物活性比較顯著，因此一般不具有某些微量/痕量金屬元素因機(jī)體或生物體的敏感性而顯示出的生理/藥理作用。

但是，必須承認(rèn)，鈣作為高等生命所必需的元素，其在體內(nèi)發(fā)揮的一系列關(guān)鍵作用中大多與配位結(jié)合方式相關(guān)，如血漿中的Ca2+近半數(shù)與蛋白結(jié)合；而Ca2+與蛋白結(jié)合一般都通過(guò)與幾種典型氨基酸（如天冬氨酸、谷氨酸、色氨酸等）的羧羥基和羰基配位實(shí)現(xiàn)[9]。天然產(chǎn)物中很多典型的生物活性小分子（如生物堿、黃酮等）也能與Ca2+形成穩(wěn)定的配合物，這方面的研究也為進(jìn)一步開(kāi)拓天然產(chǎn)物活性化合物的鈣（Ⅱ）配合物提供了經(jīng)驗(yàn)和指引。例如，基于紫外可見(jiàn)光譜和熒光光譜法對(duì)天然大環(huán)生物堿——粉防己堿（tetrandrine，1）與一系列主族堿金屬/堿土金屬離子的配位結(jié)合能力的對(duì)比研究結(jié)果表明，只有堿土金屬離子Ca2+和Mg2+能夠與粉防己堿形成穩(wěn)定配合物，堿金屬離子則不能[10]。尤其是粉防己堿與Ca2+配位后引起的構(gòu)象約束能使粉防己堿的熒光發(fā)射強(qiáng)度顯著增強(qiáng)并發(fā)生藍(lán)移，這對(duì)于其在生物體內(nèi)的分子識(shí)別應(yīng)用及相應(yīng)的生物活性研究具有重要意義。基于類(lèi)似的紫外可見(jiàn)光譜和電位滴定手段也研究了天然蒽醌類(lèi)化合物——茜素（1，2-二羥基蒽醌，2）與Ca2+在溶液中的條件配位穩(wěn)定常數(shù)，為茜素作為天然低毒型染料和食品抗氧化劑提供了依據(jù)[11]。從上述2種典型天然化合物-鈣（Ⅱ）配合物的研究可以看出，溶液的溶劑類(lèi)型、pH 值、離子強(qiáng)度等因素對(duì)配合物穩(wěn)定性影響顯著，這為相關(guān)的鈣（Ⅱ）配合物的合成、藥理活性及機(jī)制研究提供了有意義的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和理論指導(dǎo)。

總之，Ca2+作為潛在金屬藥物的金屬中心，具有良好的體內(nèi)安全性，不存在諸如過(guò)渡金屬離子在藥學(xué)上不得不面對(duì)的“重金屬”攝入門(mén)檻，因此在金屬藥物的研究與開(kāi)發(fā)中具有很大的吸引力和優(yōu)勢(shì)。目前，有關(guān)鈣（Ⅱ）配合物及其藥理活性研究進(jìn)展的綜述比較鮮見(jiàn)。本文基于Ca2+顯著而不可或缺的生物活性及其功能，同時(shí)結(jié)合筆者課題組近期開(kāi)展的2種氟喹諾酮類(lèi)-鈣（Ⅱ）配合物的研究情況，綜述相關(guān)的鈣（Ⅱ）配合物的合成與結(jié)構(gòu)性質(zhì)及其藥理活性研究進(jìn)展。

1 鈣（Ⅱ）配合物的抗菌活性

Ca2+的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物形式——?dú)溲趸}[Ca(OH)2]本身即因具有抗菌活性而被有效應(yīng)用，如在牙科根管治療方面以及牙膏抗菌成分中的應(yīng)用等[12]。Ca(OH)2在不同孵育時(shí)間后對(duì)多種典型致病菌（藤黃微球菌、具核梭桿菌、金葡菌、銅綠假單胞菌、大腸埃希菌及鏈球菌屬等）增殖抑制的實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究也早已開(kāi)展，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在24、48和72h時(shí)，藤黃微球菌和具核梭桿菌對(duì)Ca(OH)2最為敏感，作用12h 時(shí)即表現(xiàn)出增殖抑制作用，其次為鏈球菌屬（24h）、大腸埃希菌（48h）、金葡菌和銅綠假單胞菌（72h），充分表明Ca2+在合適的化學(xué)結(jié)合形態(tài)下具有顯著的廣譜抗菌活性[13]。同時(shí)，相關(guān)研究表明Ca(OH)2能夠有效抑制常見(jiàn)的牙髓性病原菌（如鏈球菌）、真菌（白色念珠菌）等的增殖，其作用機(jī)制可能與其引起細(xì)菌蛋白質(zhì)變性、DNA/細(xì)胞膜損傷以及能唯一有效滅活革蘭陰性菌細(xì)胞壁上的內(nèi)毒素有關(guān)，后者可以引起牙根管炎癥和骨吸收[14]。由于Ca(OH)2中除Ca2+外無(wú)其他外源性物質(zhì)，推測(cè)Ca(OH)2的活性應(yīng)與Ca2+被細(xì)胞攝入后與內(nèi)源性生物分子配位結(jié)合進(jìn)而作用于底物而發(fā)揮抗菌機(jī)制有關(guān)。

近年來(lái)，以食物來(lái)源的天然多肽為配體的鈣（Ⅱ）配合物的研究也有了一定進(jìn)展。在自然界中，天然多肽-鈣（Ⅱ）配合物的來(lái)源十分豐富，包括可食用的動(dòng)物（豬、牛血清）、植物（大豆蛋白、小麥胚芽）或水生生物（魚(yú)肉、魚(yú)鱗、魚(yú)骨、蝦皮及藻類(lèi)）等。從各種天然多肽-鈣（Ⅱ）配合物的研究結(jié)果來(lái)看，鈣（Ⅱ）主要通過(guò)多肽中的磷酸根或羧酸根與Ca2+配位，如酪蛋白磷酸肽（CPPs）和卵黃磷蛋白磷酸肽（PPPs）通過(guò)絲氨酸磷酸鹽殘基與Ca2+配位，不含磷酸化殘基的多肽則可通過(guò)谷氨酸、天冬氨酸殘基的羧酸根與Ca2+配位。正是通過(guò)上述配位作用，各種多肽得以通過(guò)與細(xì)胞膜鈣離子通道的相互作用或作為胞內(nèi)載體與Ca2+有效螯合，提高了Ca2+的生物利用度[15]。此外，利用木瓜蛋白酶/風(fēng)味酶的復(fù)合酶酶解羅非魚(yú)蛋白所制得的多肽，在室溫、中性的適宜條件下即可與Ca2+配位形成新穎的活性多肽-鈣（Ⅱ）螯合物，所得螯合產(chǎn)物對(duì)7種細(xì)菌的生長(zhǎng)抑制能力均顯著高于多肽原液40%～120%，其中對(duì)白色念珠菌、枯草桿菌、熒光假單胞菌以及金葡菌的生長(zhǎng)抑制活性接近或超過(guò)了0.05%山梨酸鉀陽(yáng)性對(duì)照液。上述研究目前雖然尚未明確其抗菌機(jī)制，但初步推測(cè)也可能為鈣-多肽螯合物作用于細(xì)菌細(xì)胞膜受體蛋白，通過(guò)改變膜的通透性破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)而引起細(xì)菌死亡[16]。

在小分子有機(jī)配體方面的鈣（Ⅱ）配合物研究也有一定進(jìn)展。近年來(lái)即有關(guān)于2種簡(jiǎn)單的小分子鈣（Ⅱ）配合物的合成和抗菌活性研究的報(bào)道，兩者對(duì)比很值得思考。首先合成的是一個(gè)基于2-巰基苯并噻唑和1，10-鄰菲啰啉混配的單核鈣（Ⅱ）配合物（3）；在5種受測(cè)的典型致病菌中，該鈣（Ⅱ）配合物對(duì)其中的鮑曼不動(dòng)桿菌和銅綠假單胞菌增殖抑制活性顯著，其抑菌圈與高效抗菌藥物左氧氟沙星總體相當(dāng)，對(duì)銅綠假單胞菌的抑菌效果甚至優(yōu)于左氧氟沙星[17]。一個(gè)如此簡(jiǎn)單的鈣（Ⅱ）配合物即有如此顯著的抗菌活性，Ca2+在其中發(fā)揮的作用值得深入研究。而同時(shí)報(bào)道的吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷（Ⅱ）共結(jié)晶配合物（見(jiàn)圖1），也是一種簡(jiǎn)單小分子配體的鈣（Ⅱ）配合物[18]。但其對(duì)受測(cè)的革蘭陽(yáng)性菌（金葡菌、蠟樣芽孢桿菌）/革蘭陰性菌（大腸埃希菌、產(chǎn)酸克雷伯菌）的增殖抑制活性均不理想，甚至低于吡啶二羧酸配體，顯示出Ca2+配位的負(fù)協(xié)同效應(yīng)。不過(guò)其引起抗菌活性降低的分子機(jī)制和Ca2+的角色同樣值得探究，以便為高活性的鈣（Ⅱ）配合物設(shè)計(jì)和合成提供構(gòu)效關(guān)系層面上的借鑒和指導(dǎo)。

圖1 吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷(（Ⅱ）共晶配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖[18]Figure 1 The co-crystal structures of Ca(II)/Co(II)complexes of dipicolinic acid[18]

抗生素纈氨霉素（valinomycin）的鈣（Ⅱ）配合物（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN，式中，V 表示大環(huán)配體valinomycin）的晶體結(jié)構(gòu)及其譜學(xué)數(shù)據(jù)也被首次報(bào)道[19]。纈氨霉素是極暗黃鏈霉菌屬產(chǎn)生的大環(huán)抗生素，具有螯合金屬離子的能力，是K+的高選擇性離子載體。通過(guò)單晶X-射線衍射分析所確定的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看，環(huán)狀的纈氨霉素借助于三氟甲基磺酸根的橋聯(lián)作用，通過(guò)O原子螯合配位方式與2個(gè)Ca2+穩(wěn)定配合物（見(jiàn)圖2）。結(jié)合質(zhì)譜和紫外可見(jiàn)光譜，進(jìn)一步了解到纈氨霉素與鈣（Ⅱ）的配位結(jié)合程度盡管弱于K+，但仍然相當(dāng)強(qiáng)。由于Ca2+與K+在生物體內(nèi)大量共存，因此該研究通過(guò)確定纈氨霉素-鈣（Ⅱ）配合物的結(jié)構(gòu)及其溶液穩(wěn)定性將有助于認(rèn)識(shí)和理解纈氨霉素在Ca2+相關(guān)的生物學(xué)過(guò)程中的作用。

圖2 纈氨霉素的鈣（Ⅱ）配合物（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN）的晶體結(jié)構(gòu)圖[19]Figure 2 The crystal structure of the Ca(II)complex of valinomycin（[VCa2(κ-OTf)2(H2O)2](OTf)2·4CH3CN）[19]

近年來(lái)，多位日本學(xué)者先后研究了另一種抗菌藥物普那米星A（4）及其衍生物BMY-28864（5）的抗念珠菌活性和抗真菌活性機(jī)制。研究表明：普那米星A 對(duì)白色念珠菌的體外抗菌活性達(dá)到10 mg · L-1水平，其抗菌作用機(jī)制包括了與特定細(xì)胞表面受體聚糖基團(tuán)之間的多元相互作用，而上述作用實(shí)際上與Ca2+存在直接關(guān)系，主要機(jī)制是普那米星A-Ca2+-聚糖三者之間的競(jìng)爭(zhēng)性拮抗作用[20]。該結(jié)合作用包括了與細(xì)胞表面的甘露聚糖成分鍵合以及隨后在細(xì)胞質(zhì)膜水平上的相互作用；其分子機(jī)制可歸結(jié)于普那米星A 與Ca2+配位結(jié)合后快速降解白色念珠菌的原生質(zhì)膜并干擾膜功能，進(jìn)而引起K+外泄和細(xì)胞死亡[21]。而普那米星A 水溶性衍生物BMY-28864 與D-甘露糖苷、鈣（Ⅱ）形成的三元復(fù)合物在體外和體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中均能表現(xiàn)出顯著的抗真菌活性，其中鈣（Ⅱ）的配位作用同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用；在分子機(jī)制上也是通過(guò)BMY-28864的鈣（Ⅱ）配合物與真菌質(zhì)膜表面的D-甘露糖苷相互作用造成細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜功能干擾和K+外泄，引起細(xì)菌死亡[22]。

相比而言，不同抗菌藥物的鈣（Ⅱ）配合物活性并不一致，有的甚至呈相反結(jié)果，尤其值得研究者借鑒和避免。例如從抗菌藥物配體頭孢拉定（cephradine，CPH）的一系列金屬配合物[鎂（Ⅱ）、鈣（Ⅱ）、鉻（Ⅲ）、錳（Ⅱ）]的研究結(jié)果來(lái)看，這些金屬配合物的抗菌活性相比配體大多呈降低的趨勢(shì)，最低抑菌濃度（MIC）增大；其中頭孢拉定-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(CPH)2]Cl2）對(duì)幾種嗜酸菌表現(xiàn)出中等的抑制活性，但對(duì)傷寒沙門(mén)菌、金葡菌、變形桿菌等常見(jiàn)的典型致病菌的抑制能力并不理想[23]。

早在上世紀(jì)80年代就有關(guān)于多種典型四環(huán)素類(lèi)抗生素藥物的鈣（Ⅱ）配合物及其抗菌活性的研究報(bào)道[24]。早期的研究方法主要利用電位滴定法，對(duì)包括四環(huán)素、土霉素、多西環(huán)素、米諾環(huán)素等在內(nèi)的多種四環(huán)素類(lèi)藥物在藥物治療水平的生理溶液條件下與Ca2+形成配合物的特點(diǎn)及其物種分布進(jìn)行了分析。之后，Lunestad 等[25]開(kāi)展了土霉素與Ca2+/Mg2+配位結(jié)合后負(fù)面影響其藥效的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，其研究目的是解釋為何在海水魚(yú)類(lèi)（如鮭魚(yú)）養(yǎng)殖過(guò)程中施用土霉素時(shí)抗菌療效與淡水養(yǎng)殖相比顯著降低。研究發(fā)現(xiàn)其原因正是土霉素與海水中富含的Ca2+/Mg2+形成了配合物（配位結(jié)合率高達(dá)95%），因此改變了藥物的荷電狀態(tài)而導(dǎo)致其對(duì)魚(yú)類(lèi)胃腸道細(xì)胞透膜能力下降；同時(shí)該類(lèi)配合物因水溶性大大降低，長(zhǎng)期沉積于養(yǎng)殖設(shè)備底部而易于引起周?chē)鷧驳哪退幮?。這對(duì)于海水養(yǎng)殖業(yè)能否合理施用土霉素作為抗菌藥劑具有重要指導(dǎo)意義。

2 鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性

上世紀(jì)90年代開(kāi)始已有鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性研究的相關(guān)報(bào)道。如Sasaki 等[26]研究發(fā)現(xiàn)一系列羥基化的番荔枝內(nèi)酯衍生物（annonaceous acetogenins，6a～6b''）可以通過(guò)其鄰位雙呋喃環(huán)的氧原子對(duì)Ca2+螯合配位；構(gòu)效關(guān)系研究結(jié)果顯示，與Mg2+、Na+、K+相比，Ca2+表現(xiàn)出最高的配位選擇性。由此可推測(cè)，番荔枝內(nèi)酯類(lèi)化合物的抗腫瘤活性與其作為Ca2+載體而有效結(jié)合Ca2+密切相關(guān)，進(jìn)而運(yùn)載Ca2+鍵合到腫瘤細(xì)胞膜表面受體上，從而影響和破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)而引起腫瘤細(xì)胞死亡；這一解釋與前述的多肽-鈣（Ⅱ）螯合物的抗菌機(jī)制有相似之處。

光輝霉素（mithramycin，MTR，7）是一種典型的糖苷類(lèi)抗腫瘤藥物，F(xiàn)rézard 等[27]研究了光輝霉素與Ca2+的配位結(jié)合作用，并通過(guò)對(duì)比脂質(zhì)體分別裝載氯化鈣、氯化鈉的方式研究了脂質(zhì)體對(duì)光輝霉素的包覆率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：脂質(zhì)體內(nèi)部水相只有裝載氯化鈣時(shí)才能顯著提高M(jìn)TR包封率（61%），其中光輝霉素與鈣（Ⅱ）以4 : 1的配位比形成穩(wěn)定配合物[Ca(MTR)4]2-；而裝載氯化鈉時(shí)的包封率只有7%。更有意思的是，如果脂質(zhì)體外部溶液中含有Ca2+（10 mmol · L-1），包封率也會(huì)大幅降低至5%。這一研究為光輝霉素脂質(zhì)體的抗腫瘤藥劑學(xué)研究提供了重要參考，由此可見(jiàn)Ca2+的配位作用在金屬基抗腫瘤藥物的研究和應(yīng)用方面也有廣闊前景。

有機(jī)席夫堿配體因具有潛在的藥理活性而一直是金屬配位化學(xué)的研究熱點(diǎn)，大量不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的席夫堿金屬配合物被研究和報(bào)道；但筆者發(fā)現(xiàn)席夫堿-鈣（Ⅱ）配合物及其生物活性和藥理活性的相關(guān)研究還比較匱乏，因此這一領(lǐng)域的探索研究可能會(huì)產(chǎn)生十分有價(jià)值的成果，亟待深入開(kāi)展。國(guó)內(nèi)學(xué)者曾報(bào)道了以2-羧基苯甲醛縮二乙烯三胺為席夫堿配體合成的新型鈣（Ⅱ）配合物[28]，其中3個(gè)配體各自通過(guò)2個(gè)氧原子與Ca2+雙齒螯合配位，構(gòu)成一個(gè)變形八面體配合物。該配合物能夠有效抑制SMMC-7721、A549、WiDr、P388等幾種典型人腫瘤細(xì)胞株的增殖，IC50介于49～87 mg · L-1。此外，他們嘗試合成了一個(gè)1，6-萘二磺酸根和4，4'-聯(lián)吡啶與鈣（Ⅱ）混配的配合物，其對(duì)SMMC-7721和A549的IC50分別降至36和27mg · L-1[29]；進(jìn)而合成的一個(gè)1，5-萘二磺酸根橋聯(lián)方式的2，2'-聯(lián)吡啶雙核鈣（Ⅱ）配合物，其對(duì)肝癌細(xì)胞SMMC-7721 的IC50降至16 mg · L-1，對(duì)肺癌細(xì)胞A549的IC50則下降到56mg · L-1[30]。上述結(jié)果雖然還屬于一些初步研究，但可以看到不同類(lèi)型的鈣（Ⅱ）配合物的抗腫瘤活性是確切的；也顯示出通過(guò)不同配體和不同配位方式的調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)鈣（Ⅱ）配合物對(duì)不同腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性選擇性。

小分子羧酸類(lèi)化合物也是細(xì)胞體系內(nèi)一系列生化反應(yīng)過(guò)程的重要參與者。基于羧酸類(lèi)小分子配體的鈣（Ⅱ）配合物的活性研究也有報(bào)道，如不同組成形式的乙二胺琥珀酸鹽的鈣（Ⅱ）配合物。有研究者計(jì)算了各羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的穩(wěn)定常數(shù)及其在不同溶液pH值下的物種分布，并進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)配合物對(duì)轉(zhuǎn)移性惡性腫瘤具有很高活性，能夠抑制腫瘤細(xì)胞增殖[31]。近年來(lái)有研究報(bào)道顯示，更為簡(jiǎn)單的有機(jī)小分子鈣（Ⅱ）配合物——丁酸鈣對(duì)化學(xué)誘導(dǎo)的F334大鼠結(jié)腸炎具有顯著的體內(nèi)抗炎效果[32]。相關(guān)研究結(jié)果顯示，二硝基苯磺酸誘導(dǎo)的結(jié)腸炎大鼠經(jīng)連續(xù)6天結(jié)腸內(nèi)灌注丁酸鈣后，不但有效避免其體質(zhì)量減輕，還使結(jié)腸炎水腫程度降低22.7%、腸黏膜損傷面積減少48%；在繼之開(kāi)展的氧化偶氮甲烷誘導(dǎo)結(jié)腸變性隱窩病灶（ACF）實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)4周腸內(nèi)滴注丁酸鈣可使整個(gè)結(jié)腸內(nèi)的病灶數(shù)目顯著減少22.7%；此外，丁酸鈣在體外對(duì)HT29、SW620和HCT116這3種典型結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞也具有顯著的增殖抑制活性且呈劑量依賴(lài)性，3H-同位素標(biāo)記攝入實(shí)驗(yàn)表明其作用與減少腫瘤細(xì)胞對(duì)胸苷的攝入有關(guān)[32]。盡管其抗腫瘤活性是否與其抗炎活性直接相關(guān)尚不確定，但由于丁酸鈣在實(shí)驗(yàn)中并不顯示細(xì)胞毒類(lèi)藥物特征，因此這一鈣（Ⅱ）配合物具有良好的藥用開(kāi)發(fā)前景。

另一個(gè)有意思的研究對(duì)比來(lái)自前述的基于吡啶二羧酸的鈣（Ⅱ）/鈷（Ⅱ）共晶配合物；盡管該配合物的體外抗菌活性較差，甚至低于吡啶二羧酸配體，但研究者發(fā)現(xiàn)其卻有顯著的體外抗腫瘤活性；其對(duì)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖抑制活性是所有受測(cè)化合物中最強(qiáng)的（包括吡啶二羧酸的其他幾種過(guò)渡金屬配合物以及陽(yáng)性對(duì)照藥物奧沙利鉑）[18]。初步推測(cè)其抗腫瘤活性可能與金屬配合物影響細(xì)胞內(nèi)ROS的平衡而引起腫瘤細(xì)胞凋亡有關(guān)。而從相關(guān)研究中，不難發(fā)現(xiàn)類(lèi)似現(xiàn)象似乎并不少見(jiàn)。例如，已經(jīng)報(bào)道的以柳氮磺胺吡啶（sulfasalazine，H3Suz，8）為配體的一系列堿土金屬配合物中，其中的柳氮磺胺吡啶-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(HSuz)(H2O)4]）的體外抗菌活性就很不顯著，其僅對(duì)金葡菌和炭疽桿菌有較弱的增殖抑制活性[33]；但該配合物對(duì)2種人肝癌細(xì)胞和人結(jié)腸癌細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的增殖抑制活性，其IC50分別為0.67和0.94mg · L-1，甚至與作為陽(yáng)性對(duì)照的臨床抗癌藥物阿霉素的活性相當(dāng)。研究者認(rèn)為柳氮磺胺吡啶-鈣（Ⅱ）配合物的較高抗腫瘤活性可解釋為與腫瘤細(xì)胞DNA/RNA 堿基和核苷對(duì)配合物狀態(tài)的鈣（Ⅱ）的主動(dòng)結(jié)合而導(dǎo)致細(xì)胞損傷有關(guān)。對(duì)于同一個(gè)鈣（Ⅱ）配合物在抗菌活性和抗腫瘤活性上的這些巨大反差，相關(guān)研究者尚未進(jìn)行深入研究和討論。實(shí)際上這類(lèi)研究發(fā)現(xiàn)中的不同藥理活性的顯著差異非常有深入挖掘的價(jià)值，也顯示出鈣（Ⅱ）配合物在藥理活性機(jī)制研究方面的嚴(yán)重不足。

3 鈣（Ⅱ）配合物的其他藥理活性

鈣（Ⅱ）配合物在人體骨骼形成這一生理過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的作用。從骨骼形成及骨骼的組成成分分析，Ca2+易于與磷酸根配位形成多種配位方式的配合物，如骨骼的主要組成成分——羥磷灰石[Ca5(PO4)3(OH)]。Luttrell[34]利用Ca2+敏感電極法研究了肌醇聚磷酸鹽與Ca2+在生理pH 值下的配位結(jié)合特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)肌醇聚磷酸鹽與Ca2+之間存在中等的配位親和性，并依賴(lài)于磷酸基團(tuán)的取代數(shù)量（在不考慮空間位阻的情況下）。這一配位特點(diǎn)為Ca2+對(duì)肌醇-1，4，5-三磷酸與大鼠小腦和其他組織中的肌醇受體結(jié)合的抑制作用提供了一個(gè)可能的解釋?zhuān)淮送猓@種配位結(jié)合也可能在限制肌醇磷酸鹽介導(dǎo)的胞內(nèi)Ca2+的增加方面發(fā)揮重要作用。肝素（9）是一種存在于動(dòng)物體內(nèi)的天然糖胺聚糖類(lèi)抗凝血物質(zhì)，在國(guó)內(nèi)外普遍用于治療/預(yù)防血栓及心絞痛。早在上世紀(jì)60年代，肝素與Ca2+配位結(jié)合在檢測(cè)血清低密度脂蛋白方面的藥理應(yīng)用就已有研究。作為糖胺聚糖類(lèi)生物多糖的一種，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)肝素通過(guò)其羧酸基與Ca2+配位，相鄰糖基上的2-胺基磺酸基團(tuán)則通過(guò)關(guān)鍵的弱靜電作用以穩(wěn)定肝素-鈣（Ⅱ）的這種特異性結(jié)合；對(duì)比研究表明，如果去掉2-胺基磺酸基團(tuán)，肝素-鈣（Ⅱ）配合物的穩(wěn)定性會(huì)大大減弱；而這種穩(wěn)定性又與肝素的抗凝血活性顯示出高度的一致性，由此可見(jiàn)肝素-鈣（Ⅱ）配位結(jié)合在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[35]。

最近，Ga??zowska 等[36]在Ca2+作為關(guān)鍵角色介導(dǎo)氨基雙膦酸與牛血清白蛋白（BSA）結(jié)合方面也開(kāi)展了研究。其通過(guò)熱力學(xué)方法，首次揭示了氨基雙膦酸鹽（BPs）與BSA 的結(jié)合熱力學(xué)特征，這對(duì)于充分理解該類(lèi)藥物在治療多種骨相關(guān)疾病時(shí)的生物分布十分重要。而之前的研究顯示雙膦酸根與血清蛋白結(jié)合能力并不高。但他們通過(guò)差熱量熱法對(duì)BPs-Ca2+-BSA 三元體系的結(jié)合特征進(jìn)行了科學(xué)分析，研究結(jié)果表明，Ca2+的存在可以使兩者結(jié)合能力提高15倍。這種顯著差異與雙膦酸根和Ca2+的配位結(jié)合直接相關(guān)，其配位物質(zhì)的量比為3 : 1。這一研究發(fā)現(xiàn)否定了雙膦酸因其親脂性而應(yīng)具有更好的針對(duì)BSA 的疏水結(jié)合作用的假設(shè)，表明與Ca2+配位結(jié)合后憑借靜電作用與BSA 的結(jié)合成為主導(dǎo)因素。該研究的發(fā)現(xiàn)對(duì)于更好地認(rèn)識(shí)和應(yīng)用雙膦酸類(lèi)藥物用于相關(guān)疾病治療具有理論上的指導(dǎo)意義。Liao等[37]則研究了白內(nèi)障治療藥物比諾克辛（pirenoxine，10）與Ca2+的配位作用及作用方式。由于Ca2+已被證明是導(dǎo)致晶狀體白內(nèi)障形成的主要因素，因此該研究從配位化學(xué)角度為比諾克辛有效治療白內(nèi)障的分子機(jī)制及其進(jìn)一步的生物活性研究提供了理論依據(jù)，也進(jìn)一步擴(kuò)展了基于藥用配體的鈣（Ⅱ）配合物的研究領(lǐng)域和視野。

此外，羧酸類(lèi)化合物的鈣（Ⅱ）配合物也的確顯示了除抗菌活性、抗腫瘤活性之外的更廣泛的藥理活性。如研究發(fā)現(xiàn)糖類(lèi)氧化產(chǎn)物——糖酸類(lèi)物質(zhì)與Ca2+通過(guò)羧基螯合作用形成相應(yīng)配合物后，可以直接影響Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收。近年來(lái)，有研究者通過(guò)電化學(xué)的摩爾電導(dǎo)率法對(duì)D-蔗糖酸-鈣（Ⅱ）的水溶性及其形成方式進(jìn)行了分析研究；研究結(jié)果表明，D-蔗糖酸-鈣（Ⅱ）配合物可作為其他羥基羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的過(guò)飽和溶液的穩(wěn)定劑，通過(guò)形成吸熱配合物以熱誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移的方式平衡溶液中的不同羧酸-鈣（Ⅱ）配合物的濃度[38]，這一研究也將有助于理解如何通過(guò)提高鈣（Ⅱ）的有效生物利用度而設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更好的新型鈣強(qiáng)化食品。Hacht 等[39]通過(guò)電位滴定法結(jié)合紅外光譜和紫外光譜法，也對(duì)另一種用于生物合成核酸嘧啶堿基的關(guān)鍵羧酸分子——乳清酸（即維生素B13，oroticacid，11）的鈣（Ⅱ）配合物在生理?xiàng)l件下（包括溫度和離子強(qiáng)度）的配位平衡和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；研究結(jié)果顯示，乳清酸脫去6-羧基的質(zhì)子以后可通過(guò)其羧基O-和嘧啶1-N 原子與鈣（Ⅱ）形成較穩(wěn)定的螯合配位。由于Ca2+和Mg2+在乳清酸鹽代謝轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色，這方面的深入研究將為理解乳清酸-鈣（Ⅱ）配合物的生物功能提供更為清晰的化學(xué)基礎(chǔ)。

4 基于氟喹諾酮類(lèi)藥物的鈣（Ⅱ）配合物

眾所周知，喹諾酮類(lèi)藥物因其顯著而確切的抗菌活性而被廣泛應(yīng)用。喹諾酮類(lèi)藥物結(jié)構(gòu)中的3-羧基和4-酮羰基具備良好的O，O'-雙齒螯合能力，能夠與包括鈣（Ⅱ）在內(nèi)的大部分金屬離子螯合配位，相關(guān)研究已有較多報(bào)道[40]；Turel[41]也曾較為全面地綜述了喹諾酮類(lèi)藥物的金屬配合物化學(xué)研究進(jìn)展。盡管喹諾酮類(lèi)藥物的金屬配合物研究已有廣泛報(bào)道，但其鈣（Ⅱ）配合物研究明顯缺乏。已有報(bào)道包括：Warner Lambert 公司曾于1994年申請(qǐng)了關(guān)于一種無(wú)組織刺激、腸外注射型的抗菌用乳酸鈣與系列喹諾酮、萘啶配合物的美國(guó)專(zhuān)利，顯示出喹諾酮類(lèi)金屬配合物的良好應(yīng)用前景和潛在藥用價(jià)值[42]。此外，筆者曾通過(guò)水熱法合成了一種新的諾氟沙星（nfH）的雙核鈣（Ⅱ）配合物（[Ca2(μ-Cl)(nfH)6]Cl3，12）[43]。其中雙核鈣（Ⅱ）均采取7配位方式，通過(guò)一個(gè)氯離子橋聯(lián)，并分別與3個(gè)諾氟沙星分子螯合配位。盡管筆者未對(duì)配合物的生物活性開(kāi)展進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究，但對(duì)該類(lèi)型配合物在藥用領(lǐng)域的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，預(yù)期其在細(xì)胞透膜、DNA/DNA 旋轉(zhuǎn)酶結(jié)合等生物功能方面具有不同于諾氟沙星的作用性質(zhì)。

近期，筆者課題組開(kāi)展了2種氟喹諾酮類(lèi)藥物，即馬波沙星（marbofloxacin，MBF）和恩諾沙星（enrofloxacin，ERFX）的鈣（Ⅱ）配合物的合成及抗菌藥用研究。其中，先期開(kāi)展研究的馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物（[Ca(MBF)2(MBF-H)(H2O)]）與之前報(bào)道的諾氟沙星-雙核鈣（Ⅱ）配合物的配位方式類(lèi)同，均為物質(zhì)的量比為3 : 1的7配位方式（見(jiàn)圖3A）[44]。電噴霧質(zhì)譜分析結(jié)果顯示，即使在弱電場(chǎng)下，馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物在水溶液中仍可部分保持配位方式，伴隨有馬波沙星配體存在。該配合物的抗菌活性與馬波沙星相當(dāng)，而在體外抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶活性的能力高于馬波沙星。值得注意的是，馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物的小鼠急性毒性（LD50=3186 mg · kg-1）遠(yuǎn)低于馬波沙星（LD50=1294mg ·kg-1）；且對(duì)死亡小鼠主要臟器的組織病理學(xué)檢查結(jié)果總體正常，未顯示明顯病變，具有較好的安全性，有望發(fā)展成為一種新型的金屬獸藥[45]。

但另一方面，由于獸藥應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)于獸藥成本的控制十分嚴(yán)格，而馬波沙星原料藥價(jià)格一直居高不下，對(duì)于國(guó)內(nèi)禽畜養(yǎng)殖用藥來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的新獸藥銷(xiāo)售預(yù)期。盡管調(diào)研表明馬波沙星在國(guó)外成功研發(fā)并推入市場(chǎng)之后主要用作寵物藥（即藥物成本和價(jià)格因素可以顯著忽略），但開(kāi)發(fā)一種面向更大市場(chǎng)的安全低毒、低成本金屬獸藥仍然具有重要意義。因此，筆者課題組又合成得到了一種新的ERFX 的鈣（Ⅱ）配合物——[Ca(ERFX)2(H2O)4]·H2O，其采取物質(zhì)的量比為2 : 1的8配位方式，除2個(gè)恩諾沙星配體雙齒螯合配位之外，另有4 個(gè)水分子與鈣（Ⅱ）配位（見(jiàn)圖3B）[46]。體外抗菌試驗(yàn)顯示，在5種受測(cè)菌株中，2種革蘭陰性菌（大腸埃希菌和傷寒沙門(mén)菌）對(duì)配合物最為敏感，其MIC均為0.03 mg · L-1，最低殺菌濃度（MBC）則均達(dá)到0.06mg · L-1，與恩諾沙星的體外抑菌活性總體持平且略優(yōu)。進(jìn)一步的小鼠體內(nèi)急性毒性試驗(yàn)則表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的LD50為7736 mg · kg-1，急性毒性遠(yuǎn)低于臨床上使用的恩諾沙星鈉鹽（LD50=1241mg · kg-1），充分表明恩諾沙星與鈣（Ⅱ）的配位可以從分子水平上有效降低其毒性，提高使用安全性。SD大鼠的藥動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)則表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物可以較恩諾沙星進(jìn)一步降低血漿結(jié)合率，提高大鼠體內(nèi)分布和生物利用度[藥-時(shí)曲線下面積（AUC）為5875.83μg · h · L-1]，且其消除半衰期更長(zhǎng)（4.41h）。筆者課題組進(jìn)一步開(kāi)展了針對(duì)2種人為感染大腸埃希菌的常用養(yǎng)殖肉雞（AA 白羽肉雞和817 肉雜雞）的準(zhǔn)臨床治療試驗(yàn)，結(jié)果表明，恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的治療效果的確優(yōu)于恩諾沙星，其在中、低劑量下即可對(duì)AA 白羽肉雞和817肉雜雞分別達(dá)到較高的治愈率（78%、88%），顯著高于常規(guī)劑量恩諾沙星的治愈率（64%、60%）。上述研究結(jié)果為合成和開(kāi)發(fā)高效低毒的金屬獸藥新產(chǎn)品提供了較為科學(xué)詳實(shí)且積極的反饋數(shù)據(jù)，具有重要的實(shí)踐意義。

圖3 馬波沙星-鈣（Ⅱ）配合物和恩諾沙星-鈣（Ⅱ）配合物的晶體結(jié)構(gòu)圖Figure3 The crystal structures of the Ca(II)complexes of marbofloxacin and enrofloxacin

5 結(jié)語(yǔ)與展望

從鈣（Ⅱ）配合物的已有研究進(jìn)展可以看出，其能夠區(qū)別于自由Ca2+的生物活性嚴(yán)格依賴(lài)于與之配位結(jié)合的配體類(lèi)型和功能。不同配體與Ca2+結(jié)合，并非都能表現(xiàn)出生物活性上的正協(xié)同效應(yīng)。在相關(guān)研究探索中，既要明確理解有機(jī)配體的生物功能及其藥效團(tuán)，又要通過(guò)廣泛而深入的生物化學(xué)或藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)予以證明。但有一點(diǎn)可以明確的是，Ca2+作為配合物的生物活性中心，其低毒性和生物安全性是其最大優(yōu)勢(shì)之一，具有“安全的輕金屬”和“生命必需常量元素”這樣的顯著特征。因此，在鈣（Ⅱ）配合物的后期藥物臨床研究中，可以輕松邁過(guò)常見(jiàn)的過(guò)渡金屬配合物類(lèi)潛在藥物不得不面對(duì)的重金屬毒性和體內(nèi)殘留等障礙和門(mén)檻。

通過(guò)對(duì)上述研究成果所進(jìn)行的歸納和總結(jié)，也可以明顯發(fā)現(xiàn)，由于電子層結(jié)構(gòu)上的顯著差別而導(dǎo)致的配位能力的差異，有關(guān)Ca2+的配位化學(xué)研究與過(guò)渡金屬離子或稀土離子相比的確偏少，但并不罕見(jiàn)；相比較而言，鈣（Ⅱ）配合物的藥理活性及生物活性研究方面仍然嚴(yán)重不足，缺乏系統(tǒng)性。這也使得筆者對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展的綜述稍顯零散，難以從中總結(jié)更為清晰的規(guī)律，更好地指引研究方向。可以說(shuō)，鈣（Ⅱ）配合物的藥理活性研究方興未艾，已有的研究結(jié)果也并非一致。但也應(yīng)意識(shí)到Ca2+的弱配位能力也符合“弱相互作用”在生物學(xué)中的微妙之處，未嘗不是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。此外，其顯著的生物活性也使其具備作為新型輕金屬基藥物進(jìn)行開(kāi)發(fā)的潛質(zhì)，一定會(huì)吸引越來(lái)越多的研究者進(jìn)入這一領(lǐng)域。本文對(duì)于上述研究進(jìn)展的綜述，可以拋磚引玉，為更全面、更深入地認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)鈣（Ⅱ）配合物的生物化學(xué)性質(zhì)和藥理作用機(jī)制提供有意義的思路和借鑒?？梢灶A(yù)見(jiàn)，藥用鈣（Ⅱ）配合物的研究與開(kāi)發(fā)將是一個(gè)具有前景的新領(lǐng)域。